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文章出处：知识中心 网责任编纂：洛阳islot游戏 阅读量： 颁发功夫：2021年11月11日
4、表层组织转变节造
渗碳islot游戏钢由表层向心部碳含量逐步降低，热处置后表层分歧深度处的组织存在差距，淬火后渗碳islot游戏钢从表表到心部的基体组织顺次为：
针状马氏体→针状马氏体＋板条马氏体→板条马氏体。淬火加热温度是马氏体淬火中的一个沉要影响成分，一方面，较高的淬火加热温杜仔利于碳元素和其他合金元素在奥氏体中扩散均匀 ；另一方面，在较高的淬火加热温度下，更多的碳化物产生溶化，钉扎晶界成效减弱，将促使奥氏体晶粒长大。淬火马氏体的描摹及尺寸决定了钢的硬度、强度和韧性等机能指标，而晶粒细化是唯一既能够提高资料强杜字能提高韧性的步骤，因而拔取合理的淬火温度和保温功夫极度沉要。
高速铁路islot游戏必要接受更大的冲击载荷，islot游戏用钢不仅要求拥有高耐磨性、高抗委顿性，还要有优良的冲击韧性。对于渗碳islot游戏钢，选择合理的二次淬火温度能获得优异的表层组织和机能。高速铁路islot游戏常用的G20CrNi2Mo钢经945 ℃渗碳后在860 ℃预冷淬火，而后进行830 ℃的二次淬火，获得的组织如图6所示，经二次淬火后渗碳层中的针片马氏体变得越发藐幼，基体上弥散析出藐幼均匀的碳化物颗粒，耐磨性显著改盖。
图6 G20CrNi2Mo钢二次淬火前、后的组织对比
Fig.6 Microstructure comparison of G20CrNi2Mo steel before and after secondary quenching
歼–20战斗机和C919大飞机的先后问世代表了我国航空工业的崛起，而飞机机动性的每一次提升重要依附发起机推沉比的增长，如今发起机主轴dn值已经达到2.4×106 mm·r·min-1，发起机主轴islot游戏的工作温度逼近300 ℃，且持久接受巨大的冲击载荷和循环委顿应力。为适应航空islot游戏更高的机能要求，我国研发了第2代高温渗碳islot游戏钢G13Cr4Mo4Ni4V(ASTM M50NiL)。凭据YB/T 4106——2000《航空发起机用高温渗碳islot游戏钢》划定，其经过渗碳、淬火和回火处置后的表层硬度可达到62~63 HRC，拥有较高的耐磨性和优良的抗委顿机能，心部板条马氏体提供了优良的冲击韧性。图7所示为G13Cr4Mo4Ni4V钢常用的渗碳热处置工艺，真空渗碳时的温度通常为890 ℃，而后经1 100 ℃淬火，再545 ℃回火处置3次，每次2 h。
图7 G13Cr4Mo4Ni4V钢的渗碳热处置工艺示意图
Fig.7 Diagram of carburizing heat treatment process for G13Cr4Mo4Ni4V steel
与G13Cr4Mo4Ni4V钢类似的M50NiL钢经过渗碳热处置后微观组织如图8所示，由图8b能够清澈看出硬化层的基体组织重要为隐晶马氏体，而过渡区的组织中寂仔片状马氏体，也有低碳板条马氏体，其中马氏体板条的尺寸比心部越发藐幼，这是由于心部碳含量低，在高的温度下固溶处置后奥氏体晶粒较粗壮，从而导致马氏体板条更易成长。
图8 M50NiL钢经渗碳热处置后的组织状态
Fig.8 Microstructure of M50NiL steel after carburizing heat treatment
文件[65]钻研了贝氏体等温淬火对G23Cr2Ni2Si1 Mo钢渗碳层组织及机能的影响：在200 ℃劣等温8h后，渗碳层获得了数量可观的针状下贝氏体(图9a) ；图9b中能够清澈地看到，在纳米级的贝氏体铁素体板条之间存在着薄膜状残存奥氏体。藐幼的贝氏体铁素体板条使得相界面积大幅度增长，有利于故障位错滑移，抵抗塑性变形，且富碳的薄膜状残存奥氏体能够有效故障微裂纹扩大，因而有利于提高韧性和耐磨性。试验证明，与传统渗碳淬火相比，等温淬火钢的耐磨性提高了58% ,冲击韧性提高了33.3%。
图9 G23Cr2Ni2Si1 Mo 钢在200 ℃等温8 h后的渗碳层微观组织
Fig.9 Microstructure of carburized layer of G23Cr2Ni2Si1 Mo steel austempered at 200 ℃ for 8 hours
5、表层残存奥氏体的节造
渗碳islot游戏钢的表层碳浓度较高，且含有大量Cr，Ni等合金元素，Cr在渗碳加热时固溶到奥氏体中，增长了奥氏体的不变性，Ni是扩大γ相区的合金元素，能与γ-Fe形成无限固溶体，进一步增长奥氏体的不变性。由于Ms点的降低，渗碳islot游戏钢表层淬火后会留下大量未转变的过冷奥氏体，但最高残存奥氏体量通常在距边缘0.2~0.4 mm处。奥氏体的不变动分为两类：
1)由于钢的淬火加热温度通常低于齐全奥氏体化温度，所以奥氏体中的碳及合金元素是不均匀的，存在贫/富碳区，当淬冷至Ms点以下时，贫碳区将产生马氏体转变，部门富碳区由于未达到Ms点以下温度，所以这部门奥氏体不产生转变而保留下来，也称为热不变动 ；
2)由于马氏体的比容大于奥氏体，所以产生马氏体转变时陪伴着体积膨胀，存在于2个马氏体板条(或马氏体针)之间的奥氏体受到压应力作用，使得奥氏体更难向马氏体转变，从而产生力学不变景象。在马氏体转变期间，奥氏体的热不变动与力学不变动是同时存在的，但残存奥氏体含量过高不利于表表硬度和尺寸不变。
高温回火对残存奥氏体的转变拥有催化作用：
一方面，高温回火推进碳化物从残存奥氏体中析出并荟萃长大，碳含量的降低导致残存奥氏体Ms点升高，热不变性减弱，在空冷过程中将更容易转变为马氏体 ；
另一方面，高温回火使一次马氏体大量分化，过鼓和碳原子大量析出导致马氏体正方度减幼，残存奥氏体受到周围马氏体的压应力作用减弱，力学不变性减弱，因而在空冷过程中残存奥氏体更易向马氏体转变。
如表⒉所示，G20CrNi2Mo渗碳islot游戏钢造islot游戏内圈表层残存奥氏体含量的质量要求为15%~25%，原始热处置工艺无法满足，选取更高温度( 215，225 ℃)进行回火处置后，残存奥氏体含量显著降落，215 ℃回火后的残存奥氏体含量和表表硬度均切合要求，最终选取215 ℃作为回火温度。除了通过提高回火温度来降低残存奥氏体含量以表，增长回火次数、耽搁回火保温功夫也有利于推进残存奥氏体的转变，但耽搁回火功夫不如前2种步骤更有效。
表2 G20CrNi2Mo 钢分歧渗碳热处置后内圈滚路的残存奥氏体含量
Tab.2 Residual austenite content of inner ring raceway after different carburizing heat treatments of G20CrNi2Mo steel
冷处置(-90 ℃)或深冷处置(-190 ℃)使残存奥氏体在陆续冷却过程中持续转变为马氏体，进一步提高基体硬度，并有助于不变islot游戏尺寸精度。此表，残存奥氏体作为一种韧性相，保留肯定数量的残存奥氏体能够延缓裂纹尖端应力，防止islot游戏过早出现因滑动和滚动磨损而引起凹坑、剥落等委顿危险。
文件[71]对全淬硬GCr15islot游戏钢进行了表表真空渗碳处置，渗碳热处置后表层残存奥氏体含量高达20%，显著高于通例热处置，但滚动接触委顿寿命却比渗碳前提高了近10倍。
文件[72]对20CrMnMoAl渗碳islot游戏钢在220 ℃下等温淬火 32 h后险些得到了全贝氏体组织(图10)，TEM观察发现，在贝氏体铁素体条之间存在着仅十几纳米厚的残存奥氏体薄膜，由于Al对碳化物的抑造作用，等温过程中贝氏体铁素体中的碳原子大量扩散至薄膜状残存奥氏体中，因而薄膜状残存奥氏体的不变性更高，这对islot游戏尺寸精度的节造有肯定益处。
图10 20CrMnMoAl钢等温淬火组织TEM图
Fig.10 TEM image of austempered microstructure of carbu-rized 20CrMnMoAl steel
6、实现语
随着我国十四五”规划的正式启动，高铁、航空发起机、盾构机、风电机组等高端设备islot游戏是未来沉点研发项目，针对渗碳islot游戏钢，把握“高质高效、绿色环保”的先进热处置技术拥有沉要意思。
渗碳islot游戏钢经渗碳、淬火等热处置工序后比全淬硬马氏体islot游戏钢拥有更高的抗冲击和耐委顿机能，但有关渗碳islot游戏钢的钻研还有诸多的问题必要深刻：
1)网状碳化物的析出节造 ；
2)残存奥氏体状态和含量的节造 ；
3)对渗碳islot游戏钢基体组织的钻研。
除了细化淬火马氏体以表，贝氏体等温淬火展示出了极大的发展潜质，马氏体＋下贝氏体的混合组织比任何单一的淬火组织都拥有更优的使用机能，而目前国内对渗碳islot游戏钢的贝氏体等温淬火钻研还不够宽泛和深刻，一些问题亟需索求和解决，如贝氏体等温淬火温度、时长，等温淬火后的残存奥氏体含量及其对尺寸不变性的影响，等温淬火碳化物析出对力学机能的影响法规等。
（参考文件略）
（起源：islot游戏杂志社）
引文体式：
于兴福，王士杰，赵文增，等.渗碳islot游戏钢的热处置近况[J].islot游戏，2021（11）：1-9.
作者简介
于兴福，男，1976年生，沈阳工业大学副教授，博士生导师，重要从事航空islot游戏钢的热处置技术、镍基单晶/柱状晶高温合金的造备技术、高温合金的冶炼技术、精密铸造用型壳造备技术的钻研工作。多年来，参加国度沉点研发打算、“两机”专项、“大飞机”资料专项和国防科工局专项等多个项目。主导研发了航空islot游戏用不变动热处置、强韧化热处置、马氏体+贝氏体复合淬火、真空等温淬火等热处置工艺，研发的热处置工艺被利用于多个型号islot游戏的出产和科研造作，并获得了优良的成效。钻研期间，申请islot游戏有关专利技术8项，已授权专利2项，在国内表期刊颁发钻研论文80余篇。
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